Gaofen

Die von der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie auf der Basis des CAST2000-Satellitenbusses der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie[16] hergestellten Satelliten der Gaofen-1-Serie besitzen je eine panchromatische Kamera mit 2 m Auflösung und eine Multispektralkamera mit 8 m Auflösung, die zusammen eine Schwadbreite von 69 km abdecken, wobei sie sich auf 1 km überlappen.[17][18] Der am 26. April 2013 gestartete erste Satellit der Serie, Gaofen 1, besitzt außerdem noch einen multispektralen Bildgeber mit 16 m Auflösung, der mit vier Weitwinkelkameras Aufnahmen bei 0,45 – 0,52 µm (blau), 0,52 – 0,59 µm (grün), 0,63 – 0,69 µm (rot) und 0,77 – 0,89 µm (nahes Infrarot) macht. Die kombinierte Schwadbreite dieses Bildgebers beträgt bei Aufnahmen senkrecht von oben 830 km.[19] Der am 2. Juni 2018 gestartete Gaofen 6 ist im Prinzip baugleich mit Gaofen 1. Er besitzt ähnliche Kameras mit derselben Auflösung, wobei hier die panchromatische und die Multispektralkamera eine kombinierte Schwadbreite von mehr als 90 km abdecken, der multispektrale Bildgeber mit 16 m Auflösung hat eine Schwadbreite von 800 km.[20]

Gaofen 6 und der am 26. April 2013 gestartete Gaofen 1 bilden neben ihrer Rolle im Hochauflösenden Erdbeobachtungssystem auch eine Konstellation mit den beiden Satelliten Huanjing 2A und Huanjing 2B, die Kameras von mittlerer Auflösung besitzen und im Auftrag des heutigen Ministeriums für Ökologie und Umwelt sowie des Ministeriums für Katastrophenschutz an entgegengesetzten Punkten einer identischen sonnensynchronen Umlaufbahn um die Erde kreisen. Die vier Satelliten ergänzen sich mit ihren Aufnahmen gegenseitig.[21] Das gesamte Festlandsgebiet Chinas ist alle drei Monate mit einer Auflösung von 2 m vollständig dokumentiert, Nordchina jeden Monat. Im Jahr 2023 war neben geologischen Untersuchungen die Hauptaufgabe der vier Satelliten die Überwachung der Landnutzung, vor allem was die illegale Umwandlung von Ackerland in Bauland sowie die ebenfalls illegale Umstellung von Getreideanbau auf profitablere Nutzpflanzen betraf.[22]

Der am 19. August 2014 gestartete Gaofen 2 ist wie die Satelliten der Gaofen-1-Serie ein optischer Erdbeobachtungssatellit in einer sonnensynchronen Umlaufbahn. Dieser Satellit wurde vollständig von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie auf der Basis ihres CS-L3000A-Busses (eine Ableitung der bei den chinesischen Ziyuan-Satelliten verwendeten Phönixauge-2-Plattform) entwickelt und gebaut. Er besitzt zwei identische Kameras mit einer Auflösung von jeweils 80 cm (panchromatisch) und 3,2 m (multispektral). Jede der beiden Kameras hat eine Schwadbreite von 23 km, was in Kombination bei leichter Sichtfeldüberlappung eine Gesamtbreite von 45,3 km ergibt.[23][24] Gaofen 2 war Chinas erster wirklich hochauflösender Erdbeobachtungssatellit mit einer Auflösung von unter 1 m.[25]

Der von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie hergestellten Satelliten vom Typ Gaofen 3 beruhen auf dem ebenfalls von der Phoenixauge-2-Plattform abgeleiteten Bus CS-L3000B,[26] auch bekannt als ZY1000B, besitzen aber keine Kamera, sondern ein Synthetic Aperture Radar mit einer in vier Paneele unterteilten Phased-Array-Antenne von insgesamt 15 × 1,23 m, die auf 5,4 GHz (C-Band) sendet. Dadurch ist der Satellit bei nahezu allen Wetterbedingungen einsatzfähig und kann zum Beispiel während der sommerlichen Regenzeit durch eine geschlossene Wolkendecke Aufnahmen von Überschwemmungsgebieten machen.[27] Es sind zwölf verschiedene Beobachtungsmodi mit horizontaler, vertikaler oder kombinierter Polarisation möglich. Die Auflösung variiert von 1 m horizontal und 90 cm vertikal bei einer Schwadbreite von 10 km im Scheinwerfer-Modus bis 500 m horizontal und 350 m vertikal bei einer Schwadbreite von 650 km im globalen Modus.[28]

Der am 9. August 2016 gestartete Gaofen 3, der am 22. November 2021 gestartete Gaofen 3-02 und der am 6. April 2022 gestartete Gaofen 3-03 nehmen alle drei eine sonnensynchrone Umlaufbahn von 755 km Höhe ein und bilden eine Konstellation, mit der jeder Punkt der Erde einmal pro Tag beobachtet werden kann. Gaofen 3-02 besitzt zusätzlich zum Radar noch einen Empfänger für die Signale des Automatic Identification Systems von Schiffen, die er gleich an Bord in Echtzeit verarbeitet. Dies verbessert die Überwachung der von China beanspruchten Seegebiete in Bezug auf Fischereirechte etc.[29] und dient auch zur Beobachtung von Schiffsunfällen und dadurch verursachten Umweltschäden.[30]

Der von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie[31] auf der Basis des SAST9000-Busses der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie hergestellte,[32] 4,6 t schwere Gaofen 4 ist mit einer vom Forschungsinstitut für weltraumbezogenen Maschinenbau und Elektrotechnik Peking entwickelten Kamera ausgerüstet, die hinter einem gemeinsamen optischen System CCD-Sensoren für sichtbares Licht und für Infrarotlicht besitzt. Die Auflösung im sichtbaren Spektrum beträgt 50 m, im Infrarot-Bereich 400 m. Von seiner geostationären Position bei 105,7° östlicher Länge aus überwacht der Satellit ein Areal von 7000 × 7000 km zwischen dem Persischen Golf und Australien, innerhalb dessen er Gebiete von Interesse in einer Größe von 400 × 400 km fotografieren kann.[3] Der am 11. Oktober 2020 gestartete Gaofen 13 ist im Prinzip baugleich mit Gaofen 4, besitzt aber eine bessere Optik, die von seiner geostationären Position bei 117,9° östlicher Länge aus einer Höhe von 36.000 km eine Auflösung von 15 m ermöglicht.[33] Am 17. März 2023 wurde der von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie hergestellte Gaofen 13-02 gestartet.[34]

Der von der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie auf der Basis ihres SAST5000B-Busses hergestellte,[35][36] 2,7 t schwere Gaofen 5 ist neben einer Hyperspektralkamera und einem multispektralen Bildgeber für sichtbares und infrarotes Licht zur Beobachtung der Erdoberfläche mit vier Nutzlasten zur Untersuchung der Atmosphäre ausgestattet:[37][38]

• Treibhausgas-Monitor zur Messung des Kohlenstoffdioxid- und Methan-Profils mit einer Auflösung von 10,3 km und einer Schwadbreite von 800 km
• Spektrometer für kurzwelliges Infrarot, mittleres Infrarot und thermales Infrarot im Gesamtbereich von 2,4 bis 13,3 μm zur Messing des Gehalts von Ozon, Stickoxiden, Kohlenstoffmonoxid und Kohlenstoffdioxid
• Kamera zur Messung der Aerosole in der Atmosphäre unter Anwendung der bidirektionalen Reflexionsverteilungsfunktion auf acht Wellenlängen (sichtbar und nahes Infrarot), bei drei Wellenlängen mit drei Polarisationen
• Spektrometer zur Messung des Ozon-Profils mit einer Auflösung von 13 × 48 km und einer Schwadbreite von 2500 km[10][39]

Der zweite Spektralsatellit, Gaofen 5-02, basiert auf dem SAST3000, der ein etwas höheres Nutzlastgewicht ermöglicht.[40] Der in einem sonnensynchronen Orbit von 705 km Höhe platzierte Satellit besitzt sieben Instrumente, die das gesamte Spektrum von ultraviolettem Licht bis zu langwelligem Infrarot abdecken. Die spektrographische Auflösung bei der Beobachtung der Erdoberfläche mit einer Schwadbreite von 60 km beträgt 2,5 nm, die Auflösung bei der Beobachtung der Atmosphäre 0,03 nm, die polarimetrische Präzision beträgt 0,5 %, die Beobachtung kann unter 15 verschiedenen Winkeln stattfinden.[41] Nach einer mehr als anderthalbjährigen Test- und Kalibrierungsphase wurde der am 7. September 2021 gestartete Satellit am 4. April 2023 dem Ministerium für Ökologie und Umwelt übergeben.[42]

Der von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie hergestellte Gaofen 7 ist eine Weiterentwicklung der stereoskopischen Kartografie-Satelliten vom Typ Ziyuan 3, aber einer dreimal so hohen Auflösung von 65 cm für digitale Orthofoto-Aufnahmen (DOM) im durchgehenden Spektrum von 450 nm (blau) bis 900 nm (nahes Infrarot)[43] sowie 3,2 m im Multispektralmodus mit fünf Frequenzbändern im selben Bereich. Da für die höhere Auflösung eine aufwendigere Optik mit größerem Raumbedarf nötig war, konnte man auf dem Satelliten kein drei-Kamera-System unterbringen, sondern wählte stattdessen, wie bei der klassischen Stereoskopie, ein System mit nur zwei in einem Winkel zueinander montierten Kameras,[44] die um ±32° aus der Vertikalen geschwenkt werden können.[14] Dazu kommt noch ein doppelstrahliges Infrarot-Laseraltimeter mit einer Wellenlänge von 1,064 μm,[45] das – einstellbar drei- oder sechsmal pro Sekunde – durch punktweise Entfernungsmessung mit einer vertikalen Auflösung von 30 cm die Topografie erfasst.[46][13] Die Schwadbreite des Systems beträgt 20 km.[14]

Mit den Daten dieses Satelliten wurde bei den ersten Tests im Orbit unter anderem eine genaue topografische Karte des Mount Everest im Maßstab 1:10.000 erstellt. Diese Karte wurde von der chinesischen Expedition verwendet, die am 27. Mai 2020 mithilfe aller vier damals verfügbaren Satellitennavigationssysteme eine präzise Bestimmung der Höhe des Berges unternahm.[47][48][49] Zum Vergleich: die üblichen Wanderkarten der Landesvermessungsämter haben einen Maßstab von 1:50.000. Am 23. Juli 2020 war die Testphase des Satelliten abgeschlossen, und am 20. August 2020 wurde Gaofen 7 an das Institut für Informationsgewinnung durch Luft- und Raumfahrt für den Regelbetrieb übergeben.

Gaofen 7 war der letzte der noch aus dem Fond für Nationale wissenschaftlich-technische Großprojekte finanzierten Satelliten. Im November 2023 arbeitete er mit den drei Kartografie-Satelliten der Ziyuan-3-Serie in einer Konstellation zusammen. Durch die Kombination der beiden Systeme war es möglich, die Aktualisierungszeit der chinesischen Landkarten von 59 Tagen auf 15 Tage zu verkürzen.[14]

Gaofen 8 ist ein ebenfalls von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie hergestellter, optischer Erdbeobachtungssatellit, der primär für die Planung von Infrastrukturprojekten im Rahmen der Neuen Seidenstraße verwendet wird.[50] Er wurde am 26. Juni 2015 gestartet, noch vor den Satelliten mit der laufenden Nummer 3 bis 7.[51]

Die Satelliten der Gaofen-9-Serie wurden von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie auf der Basis ihres hexagonalen CAST3000-Busses entwickelt und gebaut.[52] Es handelt sich hier primär um optische Erdbeobachtungssatelliten,[53] sie besitzen aber auch ein System zur radiometrischen Fernerkundung im Mikrowellenbereich. Ihre Auflösung ist besser als 1 m.[54]

Der von der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie entwickelte und gebaute Mikrowellen-Fernerkundungssatellit Gaofen 10 sollte an sich bereits am 31. August 2016 gestartet werden. Aufgrund einer Fehlfunktion der 3. Stufe der ebenfalls von SAST hergestellten Trägerrakete Changzheng 4C konnte er jedoch die Umlaufbahn nicht erreichen. Beim zweiten Versuch mit dem Ersatzsatelliten Gaofen 10R am 4. Oktober 2019 gelang der Start.[55] Der Satellit ist wie Gaofen 8 primär für die Planung von Infrastrukturprojekten im Rahmen der Neuen Seidenstraße gedacht, aber auch für die Modernisierung der Landesverteidigung der Partnerländer.[56] Seine Auflösung liegt bei 50 cm.[13]

Auch die ersten beiden der von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie hergestellten Satelliten vom Typ Gaofen 11 waren primär für Seidenstraßenprojekte gedacht. Der am 20. November 2021 gestartete dritte und der am 27. Dezember 2022 gestartete vierte Satellit der Serie dienen dagegen der Stadtplanung und dem Straßenbau innerhalb Chinas.[57][58] Neben einer optischen Kamera mit einer Auflösung von 10 cm[13] besitzen diese Satelliten auch Geräte zur sicheren und schnellen Datenübertragung bei besagten Projekten,[59] sowohl zwischen Boden und Satellit als auch von einem Satelliten zu einem Tianlian-Relaissatelliten. Diese von der Akademie für Weltraumkommunikation entwickelten Geräte für Zweiwegkommunikation ermöglichen eine Verarbeitung großer Datenmengen im Orbit, was einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der – in beiden Richtungen gleich schnellen – Übertragungsgeschwindigkeit leistet.[60]

Gaofen 12 wurde von der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie hergestellt, es handelt sich um einen Mikrowellen-Fernerkundungssatelliten mit einer Auflösung von 50 cm, ähnlich wie Gaofen 10.[13] Er hat im Rahmen der Neuen Seidenstraße dieselben Aufgaben wie jener Satellit, verfügt jedoch zusätzlich auch über Kommunikationsgeräte wie der ein Jahr vorher gestartete Gaofen 11.[61] Der am 30. März 2021 gestartete Gaofen 12-02, der am 27. Juni 2022 gestartete Gaofen 12-03 und der am 20. August 2023 gestartete Gaofen 12-04 sind dagegen nicht für die Neue Seidenstraße gedacht, sondern für eine Bestandsaufnahme des chinesischen Territoriums, für Stadtplanung, für die Klärung von strittigen Bodennutzungsrechten – in China gehört alles Land dem Staat, Land-„Besitzer“ haben nur ein erbpachtähnliches Nutzungsrecht (meist für 70 Jahre) – Straßenplanung, Erntemengenabschätzung sowie den Einsatz bei Waldbränden und Überschwemmungen, möglichst zur Vermeidung besagter Ereignisse durch Überwachung der Vegetationsfeuchtigkeit etc., aber auch zur Koordinierung der Rettungskräfte bei von Rauchschwaden oder Wolken bedecktem Himmel, durch die das Radar hindurchblicken kann.[62][63][64]

Gaofen 14 wurde von der Chinesischen Akademie für Weltraumtechnologie hergestellt,[65] es handelt sich um einen optischen Fernerkundungssatelliten für kartographische Zwecke im Rahmen von Projekten der Neuen Seidenstraße. Er kann sowohl Orthofoto- als auch dreidimensionale Aufnahmen machen, mit denen digitale topografische Karten und digitale Höhenmodelle – sowohl Oberflächenmodelle als auch Geländemodelle – erstellt werden.[66] Während die anderen in einem sonnensynchronen Orbit positionierten Satelliten von den Kosmodromen Jiuquan (Innere Mongolei) und Taiyuan (Shanxi) nach Norden gestartet wurden, erfolgte hier der Start vom Kosmodrom Xichang (Sichuan) nach Süden. Der Satellit kreist also in entgegengesetzter Richtung zu allen anderen um die Erde. Dies war aus geographischen Gründen relativ riskant: die Städte Kunming, Chuxiong und Dali lagen unter der Flugbahn der Rakete. Daher wurde die Trägerrakete vom Typ Changzheng 3B/G5 mit speziellen Systemen zur Windmessung und autonomen Auswahl einer von vier geeigneten Flugbahnen ausgerüstet.[65]

Der von der Shanghaier Akademie für Raumfahrttechnologie innerhalb von 18 Monaten hergestellte Satellit Gaofen Hyperspektral (高光谱综合观测卫星) beruht auf dem SAST1000 Bus der Firma.[67] Er ist 1,5 × 1,5 × 1,2 m groß, ein einzelner Solarzellenflügel mit sechs Solarmodulen unterschiedlicher Größe versorgt die Nutzlasten mit einer elektrischen Leistung von rund 400 W. Der Satellit kann in allen drei Achsen mit einer Präzision von 0,05° ausgerichtet werden,[68] wobei als Referenzpunkt erstmals in China der Mond verwendet wird. Der Satellit besitzt drei Nutzlasten:

• Bildgeber für langwelliges Infrarot, also thermische Strahlung im Bereich von 8 bis 15 µm, mit einer Schwadbreite von 1500 km und einer Auflösung von 100 m zur präzisen Temperaturmessung.[69]
• Hyperspektral-Bildgeber für den Bereich von sichtbarem Licht bis kurzwelligem Infrarot (0,4 – 3 µm) mit einer spektralen Auflösung von 2,5 nm zur Überwachung der Wasserverschmutzung sowie des Ausstoßes von Treibhausgasen wie Methan sowie zur Erkundung von Erz- und Erdöllagerstätten.
• Vom Anhuier Institut für Optik und Feinmechanik entwickeltes, im Bereich von Ultraviolettstrahlung bis sichtbarem Licht arbeitendes differenzielles optisches Absorptionsspektrometer (Environmental Trace Gas Monitoring Instrument bzw. EMI-II) mit einer räumlichen Auflösung von 24 × 13 km und einer spektralen Auflösung von 0,3 – 0,6 nm zur Messung von Spurengasen wie Ozon, Stickstoffdioxid, Formaldehyd oder Schwefeldioxid.[70] Dieses Gerät wird zusammen mit baugleichen Spektrometern auf den Satelliten Gaofen 5-02 und Daqi 1 betrieben – die drei Satelliten bilden ein Beobachtungsnetzwerk.[71]

Der Satellit wurde am 8. Dezember 2022 in eine sonnensynchrone rekursive Umlaufbahn von 705 km Höhe gebracht,[67][72] bei der die Luftverschmutzung der gesamten Erde jeden Tag dreimal vollständig dokumentiert wird, einmal pro Tag findet eine vollständige Dokumentation der Temperaturen auf der gesamten Erde statt. Alle drei Tage ist eine hochpräzise Hyperspektraldokumentation der Verschmutzung Chinas und seiner küstennahen Gewässer abgeschlossen.[70]

Am 21. Januar 2023 nahm der Satellit nach einer Testphase den Betrieb auf, wobei bis zum 19. Mai 2023 unter der Leitung des von der China Aerospace Science and Technology Corporation betriebenen Zentrums für die Nutzung von Erdbeobachtungssatelliten (CRESDA) noch Kalibrierungen und Tests der Systeme des Bodensegments durchgeführt wurden.[73] Bis zum 28. März 2023 hatte Gaofen Hyperspektral 320 TB an Daten ermittelt, aus denen 12.256 Bilder erstellt wurden,[74] nicht nur zur Situation in China, sondern auch zur Aktivität von Vulkanen in Japan und Ecuador, zur Pflanzendecke in Taiwan, zu den Schifffahrtsstraßen im arktischen Meer oder zu Methanlecks auf libyschen und amerikanischen Ölfeldern.[75]